対流するマントルと外核を一つの系として扱う新しい数値シミュレーションモデルの開発

• 研究課題/領域番号: 26610144
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 吉田 晶樹 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球深部ダイナミクス研究分野, 主任研究員 (00371716)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: マントル / コア / 外核 / 熱対流 / 二層対流 / 数値シミュレーション / 粘性率 / 熱膨張係数

研究成果の概要

粘性率が桁で異なる二層を持つ二次元球殻内の熱対流の数値シミュレーションを実施した。球殻外側の高粘性率層（HVL）と球殻内側の低粘性率層（LVL）の粘性率比は最大で1000とした。その結果、HVLとLVLとの粘性率比が桁で増加すると、LVLの対流速度は有効レイリー数の増加にしたがって増加するが、HVLのヌッセルト数と対流速度は一定値に漸近することがわかった。このことは二層の境界の熱流量がHVLとLVLのカップリングによって制限されていることを意味する。本研究の結論を実際の地球に当てはめると、マントルの対流が外核からマントルへの熱流量、ひいては地球の熱輸送効率を規定していることになる。

研究成果

• [雑誌論文] A simple 3D numerical model of thermal convection in Earth's growing inner core: On the possibility of the formation of the degree-one structure with lateral viscosity variations (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Solid Earth 巻: 未定
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical studies on the dynamics of two-layer Rayleigh-Bénard convection with an infinite Prandtl number and large viscosity contrasts (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida and Yozo Hamano
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 28 号: 11 ページ: 116601-116601
  • DOI: 10.1063/1.4966685
  • 査読あり
• [雑誌論文] プレート運動と大陸移動の原動力－再考 (2015)
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam, Scott D. King, Valerie Vidal, Michel Rabinowicz, Andre Jalobeanu, Masaki Yoshida
  • 雑誌名: 地質学雑誌 巻: 121 号: 12 ページ: 429-445
  • DOI: 10.5575/geosoc.2015.0031
  • NAID: 130005137430
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • 年月日: 2015-12-15
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 大陸とプレートを動かす力とは何か──大陸移動説“完成”から100年目で分かっていること (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 雑誌名: 科学 巻: 85 ページ: 692-704
• [雑誌論文] Pangea breakup and northward drift of the Indian subcontinent reproduced by a numerical model of mantle convection (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida and Yozo Hamano
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 8407-8407
  • DOI: 10.1038/srep08407
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Geodynamic modeling of the South Pacific superswell (2014)
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam, Masaki Yoshida, Daisuke Suetsugu, Yoshio Fukao, and Cecilia Cadio
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 229 ページ: 24-39
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.12.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of various lithospheric yield stress and different mantle-heating mode in the breakup of the Pangea supercontinent (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: (in press) 号: 9 ページ: 3060-3067
  • DOI: 10.1002/2014gl060023
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new conceptual model for whole mantle convection and the origin of hotspot plumes (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Geodynamics 巻: 78 ページ: 32-41
  • DOI: 10.1016/j.jog.2014.04.004
  • 査読あり
• [学会発表] Recent advances in the 3-D numerical simulation of the Earth's mantle convection (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 学会等名: Geoscience Frontiers Annual Convention & Editorial Board Meeting
  • 発表場所: China University of Geosciences at Beijing, Beijing, China
  • 年月日: 2016-10-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Subduction factory and its impact on global mantle heterogeneity (2016)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Iwamori, Akihiko Ikemoto, Hitomi Nakamura, Masaki Yoshida, and Ryunosuke Yanagi
  • 学会等名: The 26th Goldschmidt Conference
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Kanagawa
  • 年月日: 2016-06-29
• [学会発表] Three-dimensional mantle convection and material cycling with continental dispersal and coalescence (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryunosuke Yanagi and Masaki Yoshida
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉県千葉市
  • 年月日: 2016-05-23
• [学会発表] マントル組成の東西半球構造と全地球ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩森 光, 中村 仁美, 吉田 晶樹, 柳 竜之介
  • 学会等名: 2015年度日本地球化学会第62回年会
  • 発表場所: 横浜国立大学, 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 大陸移動の原動力と大陸内応力場の起源 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 日本地質学会第122年学術大会
  • 発表場所: 信州大学, 長野県長野市
  • 年月日: 2015-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] East-west mantle geochemical hemispheres and its implications for a coupled supercontinent-mantle-core dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Iwamori, Hitomi Nakamura, and Masaki Yoshida
  • 学会等名: 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG)
  • 発表場所: Prague Congress Centre, Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] 大陸移動と沈み込み帯 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 地震研究所共同利用研究集会:「沈み込み帯」
  • 発表場所: 東京大学地震研究所, 東京都文京区
  • 年月日: 2015-05-30
  • 招待講演
• [学会発表] 地球内部の東西半球構造とグローバルダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩森 光, 中村 仁美, 吉田 晶樹, 田中 聡, 中川 貴司, 中久喜 伴益
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉県千葉市
  • 年月日: 2015-05-26
• [学会発表] On the driving forces of the Pangea breakup and northward drift of the Indian subcontinent (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida and Yozo Hamano
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2015
  • 発表場所: Austria Center Vienna, Wien, Austria
  • 年月日: 2015-04-14
  • 国際学会
• [学会発表] Seafloor subsidence, effective thermal conductivity, and mantle dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam, Scott D. King, Michel Rabinowicz, Valérie Vidal, André Jalobeanu, and Masaki Yoshida
  • 学会等名: AGU 2014 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, USA
  • 年月日: 2014-12-17
• [学会発表] 地球の内部で起こっているマントル対流の数値シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 日本学術会議 第4回計算力学シンポジウム
  • 発表場所: 日本学術会議講堂（東京都港区）
  • 年月日: 2014-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] 計算機シミュレーションで再現されたマントル対流の可視化の問題点 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 第64回CG・可視化研究会（CAVE研究会）
  • 発表場所: 海洋研究開発機構横浜研究所（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-08-22
  • 招待講演
• [学会発表] Subduction processes and a new hypothesis for “top-down hemispherical dynamics” of the Earth (2014)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Iwamori, Hitomi Nakamura, Takeshi Hanyu, Jun-ichi Kimura, Tomoeki Nakakuki, Takashi Nakagawa, Masaki Yoshida, Satoru Tanaka, Daisuke Suetsugu, Masayuki Obayashi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-28
• [図書] 図説 固体地球の事典 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鳥海光弘 編集代表（「超大陸の形成とウィルソンサイクル」の章を分担執筆）
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 地球はどうしてできたのか―マントル対流と超大陸の謎 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 総ページ数: 268
  • 出版者: 講談社
• [備考] 吉田晶樹ウェブページ
  • URL: http://yoshida-geophys.jp/
• [備考] ウェゲナー「大陸移動説」完成100年に寄せて
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/j/jamstec_news/20150914/
• [備考] 話題の研究 謎解き解説「シミュレーションで大陸移動の再現に成功！」編
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/quest/20150212/
• [備考] 「ちきゅう」10年の軌跡
  • URL: https://youtu.be/P3xRgGvuxyU